加腋梁式轉(zhuǎn)換的框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震探究

徐路

（浙江西城工程設(shè)計(jì)有限公司　310014）

加腋梁式轉(zhuǎn)換的框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震探究

徐路

（浙江西城工程設(shè)計(jì)有限公司310014）

為滿足社會(huì)發(fā)展與人們生活多方面需求，建筑工程結(jié)構(gòu)類型逐漸增多，并且在設(shè)計(jì)與施工上具有更大的難度，以及更為嚴(yán)格的要求。其中加腋梁式轉(zhuǎn)換框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用，對(duì)提高建筑結(jié)構(gòu)抗震性具有重要意義，但是在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)殡y度較大必須要從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)著手，對(duì)其抗震性能進(jìn)行研究。本文就加腋梁式轉(zhuǎn)換框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行了簡(jiǎn)要的研究。

加腋轉(zhuǎn)換梁；框支短肢剪力墻；抗震性能

現(xiàn)階段我國(guó)建筑工程結(jié)構(gòu)逐漸向復(fù)雜化、多樣化以及功能化等角度發(fā)展，為提高結(jié)構(gòu)建設(shè)的綜合性能，就需要針對(duì)其所具有的特點(diǎn)進(jìn)行分析。其中加腋梁式轉(zhuǎn)換框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到建筑工程建設(shè)中，并具有較高的抗震性能，尤其是在高層建筑工程中的應(yīng)用，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，對(duì)提高結(jié)構(gòu)對(duì)豎向荷載、水平荷載等作用力的承載能力具有良好效果。為提高結(jié)構(gòu)抗震效果，就需要對(duì)其進(jìn)行多方面的綜合分析，確定各因素的影響規(guī)律。

1　框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

框支短肢剪力墻是一種比較新型的建筑結(jié)構(gòu)，主要將短肢剪力墻結(jié)構(gòu)與框支剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)合，并與兩種結(jié)構(gòu)相比，上部短肢墻布置設(shè)計(jì)靈活性更高，可以最大程度上滿足建筑平面設(shè)計(jì)需求，同時(shí)結(jié)構(gòu)剛度不會(huì)過(guò)大對(duì)建筑造成影響，因此具有良好的應(yīng)用前景。①其轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)以梁氏轉(zhuǎn)換為主，剪力墻支撐則為框支支撐，設(shè)計(jì)時(shí)因斷肢剪力墻墻肢具有長(zhǎng)度短與數(shù)量多特點(diǎn)，一般會(huì)將其設(shè)置在轉(zhuǎn)換梁上，由轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到剪力墻支撐作用，結(jié)構(gòu)受力更為合理[1]。②對(duì)于框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換層上下位置具有比較大的剛度，很容易出現(xiàn)薄弱層，為避免轉(zhuǎn)換層上下剛度突變問(wèn)題，需要的對(duì)墻肢長(zhǎng)度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，同時(shí)還可以減小地震作用產(chǎn)生的傾覆彎矩與剪力，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2　框支短肢剪力墻豎向荷載抗震性能分析

2.1加腋角度

加腋角度不同對(duì)結(jié)構(gòu)豎向荷載以及抗震性能產(chǎn)生的影響差異性比較大，在對(duì)此方面因素進(jìn)行試驗(yàn)研究時(shí)，分別確定轉(zhuǎn)換梁加腋高度為0mm、100mm、200mm以及300mm幾個(gè)等級(jí)，所對(duì)應(yīng)的加腋角度分別為0°、11.3°、21.8°以及31.0°。其中，試驗(yàn)中所用配筋與截面尺寸均符合建設(shè)要求，其中，轉(zhuǎn)換梁高度為350mm，加腋寬度為500mm，加腋高度與夾角均為0，轉(zhuǎn)換柱為400×400，而剪力墻規(guī)格則是100×1200[2]。通過(guò)對(duì)個(gè)受力構(gòu)件承載力位移曲線進(jìn)行分析得知，在加腋高度不斷增加的情況下，不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)承載力位移曲線造成影響，最大承載力一般會(huì)向右移動(dòng)一定距離，并且子結(jié)構(gòu)的承載能力也會(huì)不斷增大。而當(dāng)加腋高度達(dá)到一定程度后，結(jié)構(gòu)所能承受的承載力有限，不能僅利用增大加腋高度來(lái)提高結(jié)構(gòu)承載力。

2.2轉(zhuǎn)換梁高度

對(duì)于不同高度的轉(zhuǎn)換梁來(lái)說(shuō)，其對(duì)框支短肢剪力墻抗震性能影響不同，為提高結(jié)構(gòu)建設(shè)抗震性能，需要選擇合適的結(jié)構(gòu)荷載分析試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，可以確定隨著轉(zhuǎn)換梁高度的逐漸增加，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能影響不大，而隨著加腋轉(zhuǎn)換子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁高度的增加，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的極限承載影響比較大。如將轉(zhuǎn)換梁高度由200mm提升到450mm，構(gòu)件所能承受的極限荷載將由1860kN提升到2155kN，對(duì)提高結(jié)構(gòu)抗震性能效果并不明顯[3]。

3　框支短肢剪力墻水平荷載抗震性能影響因素分析

3.1肢厚比

分析試驗(yàn)選擇4～8之間肢厚比，即5.0、6.0、7.0以及8.0四個(gè)試件，其余各項(xiàng)參數(shù)不變，只改變短肢剪力墻肢厚比。當(dāng)肢厚比由5增大到8時(shí)，即肢厚比不斷增大時(shí)，子結(jié)構(gòu)能耗能力在不斷增強(qiáng)，并且構(gòu)件正反向峰值承載力也在不斷增大。同時(shí)，隨著肢厚比的不斷增大，子結(jié)構(gòu)初始剛度也在不斷增大，達(dá)到一定限值后，會(huì)加速構(gòu)件的破壞。

3.2跨高比

分析試件取值4～9轉(zhuǎn)換梁跨高比，即4.5、5.3、5.9、6.4、7.2以及8.6六個(gè)試件，其他參數(shù)不做改變。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析，蘇子和轉(zhuǎn)換梁跨高比的不斷增大，構(gòu)件正反向峰值荷載將會(huì)不斷減小，增加了構(gòu)件抗側(cè)剛度，但是會(huì)加速構(gòu)件退化的速度，造成結(jié)構(gòu)破壞速度加快，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震性能影響比較大。另外，轉(zhuǎn)換梁跨高比的增大，也會(huì)加大等效屈服位移與破壞位移的變化趨勢(shì)，構(gòu)件位移延性系數(shù)在緩慢增大[4]。但是當(dāng)達(dá)到一定數(shù)值后，位移延性系數(shù)就會(huì)有小幅度的減小。在對(duì)框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)脑龃筠D(zhuǎn)換梁跨高比來(lái)改變結(jié)構(gòu)峰值承載力與屈服后塑性變形能力。

4　加腋轉(zhuǎn)換式框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)分析

針對(duì)結(jié)構(gòu)受力荷載試驗(yàn)分析，在對(duì)建筑加腋轉(zhuǎn)換式框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就需要綜合各項(xiàng)影響因素來(lái)制定模型，并對(duì)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析，來(lái)確定各節(jié)點(diǎn)受力情況。構(gòu)件最終破壞形態(tài)均為加腋轉(zhuǎn)換梁變形過(guò)大或者框支柱上方短肢剪力墻局部壓破壞，當(dāng)框支柱上方剪力墻內(nèi)混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變、鋼筋受壓屈服時(shí)，可以確定構(gòu)件達(dá)到承載力極限。因此，如果構(gòu)件達(dá)到極限承載力時(shí)，框支柱上方豎向合力確定為F1，構(gòu)件總豎向承載力為F，可以引入應(yīng)力不均勻系數(shù)來(lái)表現(xiàn)短肢剪力墻豎向應(yīng)力不均勻性，即β=F1/F。假設(shè)短肢剪力墻截面寬度為bq，截面高度為hq，則轉(zhuǎn)換梁截面寬度應(yīng)為bl=2bq，轉(zhuǎn)換梁截面高度為hl，凈跨為l。同時(shí)假設(shè)加腋截面寬度為by，且by=bl，加腋截面高度為hy，框支柱截面高度為hs。由轉(zhuǎn)換梁剛度對(duì)短肢剪力墻截面應(yīng)力分布的影響進(jìn)行分析，確定截面剛度設(shè)計(jì)為：

短肢剪力墻截面剛度為：

轉(zhuǎn)換梁截面剛度與剪力墻截面剛度比為：

以力的平衡特征為依據(jù)，對(duì)F1與F2進(jìn)行分析，確定其為短肢剪力墻豎向承載力，并且由混凝土與鋼筋結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)，即：

式中：Alc表示框支柱短肢剪力墻混凝土截面面積；σlc表示框支柱混凝土豎向平均應(yīng)力；Als表示框支柱短肢剪力墻內(nèi)鋼筋截面面積；σls表示框支柱短肢剪力墻鋼筋平均應(yīng)力。通過(guò)專業(yè)軟件對(duì)σlc進(jìn)行處理后可以得到，σls則可以通過(guò)鋼筋本構(gòu)關(guān)系得出：

式中：E表示鋼筋彈性模量；εls表示鋼筋應(yīng)變；εlc表示混凝土應(yīng)變，εy表示鋼筋屈服應(yīng)變，在不考慮鋼筋與混凝土粘結(jié)滑移因素時(shí)，可以確定εls=ε1c。經(jīng)過(guò)非線性有限元試驗(yàn)分析，確定隨著Il/ Iq數(shù)值的增大，βo將會(huì)逐漸縮小，即在轉(zhuǎn)換梁剛度不斷增大的情況下，可以在一定范圍內(nèi)提升轉(zhuǎn)換梁分擔(dān)豎向荷載的性能，提高應(yīng)力分布的均勻性。另外，隨著加腋高度的改變，最終會(huì)對(duì)βo造成影響，需要從實(shí)際情況進(jìn)行分析，同時(shí)也會(huì)影響到轉(zhuǎn)換梁分擔(dān)豎向分擔(dān)荷載能力，使得短肢剪力墻豎向應(yīng)力分布更為均勻。

5　結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)加腋梁式框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行研究時(shí)，需要了解框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)所具有的特點(diǎn)，并從建筑工程建設(shè)實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)各影響因素進(jìn)行試驗(yàn)研究，了解不同設(shè)計(jì)因素對(duì)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件豎向與水平荷載的影響。以提高結(jié)構(gòu)抗震性能為目的，設(shè)計(jì)時(shí)必須要保證所有參數(shù)的合理性，從多個(gè)角度出發(fā)，選擇最為合適的方式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)，爭(zhēng)取不斷提高建筑工程抗震能力。

[1]李德順.采用加腋梁式轉(zhuǎn)換的框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能研究[D].重慶大學(xué)，2013.

[2]吳進(jìn)進(jìn).加腋式框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[D].重慶大學(xué)，2014.

[3]鐘樹生，祁勇，倪忠.加腋梁式框支短肢剪力墻轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，06：44～48.

[4]張小莉.加腋柱在框支短肢剪力墻轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2013.

TU398.2

A

1673-0038（2015）25-0045-02

2015-6-6